Danni causati dai radicali liberi

Esaminiamo quali sono i meccanismi attraverso i quali una quantità eccessiva di radicali liberi può danneggiare le cellule. I radicali liberi prodotti in eccesso danneggiano le cellule perché si procurano l’elettrone che serve loro per stabilizzarsi, andando a sottrarlo a quelle che sono le principali biomolecole cellulari: lipidi, proteine e acidi nucleici.

Danno a carico dei lipidi per interazione con i radicali liberi

Il bersaglio principale dell’azione dei radicali liberi è rappresentato dai cosiddetti acidi grassi polinsaturi o PUFA (PolyUnsaturated Fatty Acids) che vanno a costituire le code dei fosfolipidi di membrana. I radicali vanno a procurarsi l’elettrone che serve loro per stabilizzarsi, andando a sottrarlo a livello del doppio legame degli acidi grassi polinsaturi. La perossidazione lipidica è il fenomeno di danno agli acidi grassi polinsaturi, dovuto all’interazione con i radicali liberi.

Guardiamo nel dettaglio in cosa consiste: il bersaglio sono i PUFA, ma gli acidi grassi nella cellula sono essenzialmente i componenti dei fosfolipidi che costituiscono le membrane; questo vuol dire che in ultima analisi, l’interazione dei radicali liberi con i PUFA delle membrane, danneggerà tutte le membrane cellulari.

Partiamo dal PUFA, che in questo esempio ha tre doppi legami. R,  il radicale libero, si stabilizza sottraendo un elettrone all’acido grasso polinsaturo e diventando un RH. La conseguenza è che questo PUFA diventa a sua volta un radicale, quindi un radicale di un acido grasso. Il radicale dell’acido grasso nell’ambito di un doppio strato lipidico di una membrana: a quale destino può andare incontro? La prima cosa che un radicale libero di un acido grasso può fare in una membrana è stabilizzarsi ad opera di un altro acido grasso: si verifica quindi una reazione a catena, in cui un acido grasso si stabilizza a discapito di un altro. In presenza di ossigeno e poi di ferro (devono essere presenti entrambi, perché la prima fase è scatenata dalla presenza di ossigeno e poi le fasi successive dalla presenza di ferro) il radicale dell’acido grasso può andare incontro anche ad un altro destino: un break down, cioè una rottura di tipo ossidativo, una progressiva degradazione di tipo ossidativo. Il radicale dell’acido grasso polinsaturo si rompe progressivamente, fino ad arrivare a livello dei prodotti della perossidazione lipidica, delle molecole di tipo carbonilico ma molto più piccole. Questi prodotti della perossidazione lipidica e in particolare le aldeidi, sono a loro volta tossici. 

Qual è la conseguenza di questo fenomeno? Nell’ambito di quella che è la struttura di una membrana, i fosfolipidi svolgono sia una funzione strutturale, e proprio per la presenza degli acidi grassi polinsaturi, svolgono anche un ruolo di modulatori della fluidità di membrana. Partendo da una plasma-membrana che ha tutti gli acidi grassi polinsaturi al posto giusto e che ha una certa fluidità, alla fine si arriva ad una condizione in cui l’acido grasso polinsaturo non c’è più, quindi perde la funzione strutturale, ma perde anche la funzione che garantisce la fluidità di membrana.

La perossidazione lipidica scatenata dai radicali liberi a carico dei PUFA dei fosfolipidi di membrana, determina in ultima analisi, un’alterazione strutturale (non c'è più l’acido grasso) e una conseguente alterazione funzionale. 

I ROS o in generale i radicali liberi, interagendo con i fosfolipidi di membrana, determinano un danno strutturale e funzionale della membrana stessa, quindi il danno causato dai radicali liberi a carico dei lipidi è dovuto alla perossidazione lipidica.

Danno alle proteine per interazione con i radicali liberi

I radicali liberi possono stabilizzarsi anche a discapito delle proteine: il bersaglio dell’interazione dei radicali liberi in una proteina è il gruppo sulfidrilico dell’amminoacido cisteina, presente nelle proteine. I radicali andranno a sottrarre lì un elettrone per stabilizzarsi. 

I radicali liberi a carico delle proteine, si stabilizzano andando a sottrarre un elettrone sempre a livello dei gruppi -SH. Nelle proteine, la presenza di gruppi -SH è importante, perché di solito gli amminoacidi che hanno un gruppo -SH, sono localizzati nel centro funzionale della proteina stessa. Allora se un elettrone viene sottratto al gruppo -SH di una proteina, anche la funzionalità viene alterata.

Se il radicale sottrae un elettrone a un gruppo -SH di una proteina e a un gruppo -SH di un'altra proteina si formano dei ponti disolfuro, si perde la funzionalità e perde anche la struttura. Questo discorso vale logicamente sia per le proteine di tipo enzimatico, che le proteine di tipo strutturale.

Danno a carico del DNA per interazione con radicali liberi

Il danno da radicale libero a carico del DNA riguarda tumori, neoplasie. Sicuramente i radicali liberi danneggiano il DNA, determinando la rottura dei filamenti, legami crociati e mutazioni di basi. Quando si hanno questi danni, si parla di un danno di tipo ossidativo ed esiste un marcatore di danno ossidativo di radicali liberi a carico del DNA: 8 idrossi-deossiguanosina (8-OHDG). Se si espongono delle cellule ad una fonte di radicali liberi, si può andare a verificare l’eventuale danno al DNA dosando questo marcatore di danno ossidativo

I radicali liberi prodotti in eccesso creano un danno a proteine, lipidi e DNA; nell’ambito del discorso del danno cellulare gli effetti più immediati e più penalizzanti per la cellula, deriveranno dal danno ai lipidi, alle proteine o al DNA. Principalmente a lipidi e proteine, ma un eccesso di produzione di radicali liberi, può danneggiare anche il DNA. Le ripercussioni più immediate, sono quelle dovute ai fosfolipidi di membrana, e il danno alle proteine. La cellula muore prima perché ha la membrana alterata, non perché ha il DNA alterato. Il danno al DNA si renderà evidente quando si deve trascrivere e tradurre il gene alterato, se il danno fosse a carico di una porzione di DNA che non viene trascritta e tradotta, quel danno non si manifesterebbe.